PH測量裝置在張家口發(fā)電廠的應用與研究

李子龍

(大唐國際發(fā)電股份有限公司 張家口發(fā)電廠，河北 張家口 075133)

1 引言

PH測量裝置主要用于脫硫石膏漿液PH的測量，它對脫硫系統(tǒng)的效率、安全具有一定的指導意義。較高的pH值意味著漿液中石灰石的濃度很高，有利于SO2的吸收，可以提高脫硫效率。但PH值過高，會造成H+濃度的降低，Ca的析出越來越困難，漿液容易結(jié)垢，堵塞泵和管道，。此時SO2與脫硫劑的反應不徹底，既浪費了石灰石，又降低了石膏的品質(zhì)。PH值過低，影響脫硫效率。一般情況下，控制吸收塔漿液的pH值在5.4～5.5，能使脫硫反應的Ca/S(物質(zhì)的量)保持在1.02左右，獲得較為理想的脫硫效率。由此可見，準確的測量PH對脫硫系統(tǒng)的正常、高效運行顯得尤為重要。

2 情況簡介

張家口電廠(以下簡稱該廠)脫硫采用濕法脫硫，PH測量系統(tǒng)由電極和變送器構(gòu)成，分別使用E+H和ABB公司生產(chǎn)產(chǎn)品，產(chǎn)品用以測量脫硫石膏排出泵出口漿液PH值。PH計電極的工作原理是建立一個對所測量溶液的氫離子活度發(fā)生變化做出反應的電位差。把對pH敏感的電極和參比電極放在同一溶液中，就組成一個原電池，該電池的電位是玻璃電極和參比電極電位的代數(shù)和。E電池=E參比+E玻璃，將測量信號放大，使其足以推動標準毫伏表或毫安表。PH計變送器通過計算，得出PH數(shù)值。脫硫每臺機組安裝兩支PH計電極，電極安裝在石膏排出泵出口，可通過PH入口門進行隔離，管道接入工藝水進行PH電極沖洗，沖洗水可通過沖洗水門進行控制。

3 運行現(xiàn)狀及存在問題

1-8號機組PH電極自投運以來，缺陷頻繁發(fā)生，針對此問題，熱控專業(yè)對PH電極做出統(tǒng)計:2012年7月17日至2012年10月10日采購及使用情況進行統(tǒng)計，該廠PH計電極在85天內(nèi)，共更換21支，每支平均價格6200元，約合13萬元，折合一年需56萬元(以上費用僅為電極，未統(tǒng)計變送器、測量筒)。對1-8號機組PH計電極使用壽命統(tǒng)計，并調(diào)研大唐國際錦州熱電、華潤梧州電廠、沈煤集團阜新電廠PH計使用壽命，三個電廠平均壽命為170天，如果該廠可以達到此標準，每年每臺機更換4.5支，1-8號機組全年消耗36支，費用為22萬元，僅PH計電極即可節(jié)約費用34萬元。如果以錦州熱電為例，改為每臺機一支電極，使用ABB產(chǎn)品(錦州熱電)，每臺機消耗2支，全年電極消耗16支，全年消耗費用8.7萬元，節(jié)約費用47.3萬元。

4 現(xiàn)狀分析

4.1 PH計安裝及運行工況對電極壽命的影響

該廠脫硫系統(tǒng)石灰石、石膏漿液含有氯離子，粘度大，且極易結(jié)垢，對PH電極沖刷、腐蝕很厲害，目前該廠每臺機使用兩支PH計電極，安裝在石膏排出泵出口，兩支電極串聯(lián)。每臺機兩臺石膏排出泵，運行時每臺石膏排出泵入口壓力為80KPa，石膏排出泵揚程為60m，因此每臺排出泵出口壓力約為0.7Mpa，而PH計工作的臨界壓力為0.8MPa，PH計電極的長期超壓運行勢必造成壽命的衰減，而且壓力的增大導致流速增加，并且該廠石膏漿液存在含顆粒物雜質(zhì)情況，加劇了對電極的沖刷，縮減了使用壽命，甚至損壞電極。10月10日，8號機組PH1電極泡因漿液內(nèi)含顆粒物雜質(zhì)而被打破。

4.2 運行維護不當對電極壽命的影響

4.2.1 運行期間未定時沖洗

石灰石漿液粘度大，漿液粘附在電極上影響測量的準確性，且加劇電極的沖刷，因此電極必須進行定期沖洗，該廠脫硫PH測量系統(tǒng)具備定時沖洗功能，程序如下:(1)關(guān)閉PH計入口電動門;(2)打開PH計沖洗水電動門;(3)關(guān)閉PH計沖洗水電動門;(4)打開PH計入口電動門。

DCS畫面中設置程控投切操作端，我們截取#5、#6機組7月20日至8月20日PH計電極沖洗程控投入曲線，從曲線中可以看出，5、6號機至少半個月未投入程控沖洗，電極一直處于惡劣的工作環(huán)境中，不能得到及時清潔，勢必影響電極的壽命。1-8號機組均存在此類現(xiàn)象。

4.2.2 PH計的定期標定執(zhí)行不到位

工業(yè)在線PH計使用一段時間后，會有電極不對稱現(xiàn)象，造成電位發(fā)生很大改變，影響測量準確性，另外PH計電極屬于插入式安裝，日常巡檢看不到電極磨損情況，定期標定工作也是檢查PH計電極劣化程度的方法之一，因此定期標定校準顯得尤為重要。查閱該廠PH定期工作工作票，無定期標定校驗記錄。因此定期標定工作執(zhí)行不到位也是造成設備頻繁損壞的因素之一。

4.2.3 脫硫系統(tǒng)停運處理

PH計在系統(tǒng)停運時，要及時將電極取出，至于蒸餾水或藥液中保存，不能長時間暴露于空氣中，防止氧化。8月29日，#7機組兩支電極均失效，失效原因為7號機組停備，電極未使用氯化鉀藥液或蒸餾水浸泡，導致電極氧化失效。

4.2.4 產(chǎn)品可靠性差

如表三列出，#4、#5、#6、#7機組所使用PH電極，壽命不超過40天的電極有9支，不超過30天的有7支，縱觀該廠運行環(huán)境惡劣，但也說明PH電極可靠性差。

5 解決方案

基于該廠脫硫運行工況和以上存在的問題，自動化專業(yè)特成立了PH電極攻關(guān)小組，經(jīng)過查閱曲線、調(diào)研、分析，針對該廠現(xiàn)狀共提出以下三套解決方案:

5.1 方案一

該廠目前PH計電極安裝于石膏排除泵出口管道上，泵出口壓力過高，沖刷電極嚴重，可以借鑒錦州熱電經(jīng)驗，將PH計電極由石膏泵出口安裝改為自流式。

在吸收塔底部一定高度開孔取樣，吸收塔液位高度H1、取樣孔高度H2，H=H1-H2，因此會形成壓差，致使?jié){液流入取樣管，流速將會大大降低，減少漿液對PH計的沖刷。

5.2 方案二

PH計電極插入保護套管中，電極前端的玻璃管穿過保護套管，長時間沖刷容易造成磨損，甚至導致玻璃泡打破。改為使電極略短于保護套管，避開漿液的正面沖擊，可延長使用壽命。且不影響測量的實時性。

目前PH電極安裝在石膏排出泵出口管道的測量筒上，我們將測量筒結(jié)構(gòu)進行改進，改進結(jié)構(gòu)，在測量筒內(nèi)部增加引流板，引流板由兩塊不銹鋼板焊接而出，石膏漿液流入測量筒后，漿液沖刷引流板后流向發(fā)生變化，漿液中較大的顆粒和雜質(zhì)因重力大，撞擊到引流板后產(chǎn)生較大的向下的力，使其沉入測量筒底部，最終隨漿液流出測量筒，即可保護電極免受顆粒物的撞擊而毀壞。引流板與測量筒底部間隙較小，起到節(jié)流作用，使?jié){液的流速增加，壓力降低，最終會在引流板的出口處形成旋轉(zhuǎn)流，旋轉(zhuǎn)流沖刷電極，電極即可測量當前的PH值，可以防止?jié){液及其中顆粒直接沖刷PH電極，具有保護PH電極作用，大顆粒噴射到擋板上，經(jīng)過反作用力沉入漿液底部，擋板與管道底部逐漸收縮，起到節(jié)流作用，漿液在出口形成旋流進入測量筒上半部份，進入測量筒上半部分的漿液基本不含大顆粒雜質(zhì)，流速低且不影響測量的實時性，沖洗水管正對電極，保證電極沖洗的效果。進而提高PH測量裝置的可靠性。

方案比較:

優(yōu)點 缺點方案一通過改為自流式可從根本上降低漿液流速，避免電極的沖刷并且已有錦州熱電、陡河成功案例需在吸收塔上開孔，并且改變沖洗水管道和PH電極入口電動門安裝位置。工程量較大方案二只需延長保護套管或增高孔板即可，可以減少漿液直接沖刷屬于被動防護，不能從根本上解決流速快的問題，長時間的運行，保護套管容易被磨損，且影響測量的實時性與準確性方案三無需開孔，只需在現(xiàn)有基礎上加工測量筒即可，屬該廠首創(chuàng)需經(jīng)過流體力學的理論計算和試驗

綜合以上三種方案比較，我們選擇了方案三，并在設備管理上做了以下工作:

(1)完善運行維護制度

a、沖洗在一定程度上決定PH計的使用壽命，該廠PH入口門及沖洗門均為智能電動門，程控邏輯正確，設備及沖洗策略優(yōu)于其他廠(宣熱需手動沖洗)，因此要求運行時必須投入程控，當程控步序異常時，立即檢查處理，并根據(jù)處理時間對電極采取保護措施，避免失效。

b、嚴格執(zhí)行脫硫設備維護保養(yǎng)制度，每周對PH計進行標定校驗。加強日常巡檢力度，建立PH計運行、維護、缺陷臺賬，將PH計運行情況數(shù)據(jù)化。

c、加強管理力度，避免出現(xiàn)7號機組停備，PH電極未按規(guī)定浸泡現(xiàn)象。

(2)建立PH物資臺賬，購買產(chǎn)品均需進入臺賬，點檢員負責驗收設備，核對產(chǎn)品出處，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

6 結(jié)束語

該廠將改進后的測量筒安裝在8號機組PH1上試用，自2012年12月3日試用至今(4月6日)，測量值與PH2進行比對，并無差異，且投運至今無損壞，壽命已超過120天，既保證了測量的實時性、準確性，又提高了設備的使用壽命和可靠性，節(jié)約了資金，攻克技術(shù)難關(guān)，經(jīng)論證，值得在1-8號機組進行推廣。